Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






ШУМЫ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

 

В результате выполнения практических занятий по данной теме студенты должны:

знать: – единицы измерения шумовых характеристик устройств;

– принцип возникновения шумов в устройствах

телекоммуникаций;

– влияние шумов каждого каскада на шумы многокаскадного

усилителя;

– шумы пассивного четырехполюсника;

уметь: – рассчитывать значение коэффициента шума многокаскадных

устройств;

– разрабатывать маломощные устройства на ОУ.

Краткие теоретические сведения

 

Шумы резисторов

 

Шумы усилителя рассмотрены в первой части методического пособия, (Ч1, п3, с.20). Минимальным шумом любой схемы является тепловой шум. Мощность шума идеального элемента не зависит от частоты и определяется выражением:

,(5.1)

где: -- постоянная Больцмана;

-- температура в градусах Кельвина;

-- полоса частот.

Амплитуда шума идеального резистора R равна

. (5.2)

Мнимые (реактивные) составляющие комплексных сопротивлений шума не создают.

Мощность шумов в реальных элементах и устройствах выше, чем в идеальных. Для определения мощности шумов реальных элементов вводится понятие коэффициент шума , который показывает, во сколько раз мощность шумов на выходе реального элемента больше мощности шумов на выходе реального элемента. Мощность шума на выходе реального элемента равна

. (5.3)

Значение коэффициента шума часто выражается в децибелах:

. (5.4)

Для измерения параметров малошумящих устройств часто используется параметр «шумовая температура» , который показывает, на сколько градусов необходимо нагреть идеальное устройство, чтобы мощность шума на выходе идеального устройства была равна мощности шумов реального устройства при отсутствии нагрева:

. (5.5)

Сравнивая выражения ( 5.5) и ( 5.3 ) получим

. (5.6)

Шумы многокаскадного усилителя

Определим коэффициент шума усилителя (системы), состоящего из большого числа последовательно соединенных каскадов, каждый из которых характеризуется своими коэффициентами передачи и шума (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Структурная схема многокаскадного усилителя

. (5.7)

Формула (5.14) определяет коэффициент шума последовательно соединенных каскадов (четырехполюсников).

Это означает, что коэффициент шума многокаскадного усилителя с большими значениями коэффициентов усиления каскадов (K >> 1), определяется коэффициентом шума первого каскада.

 

Шумы пассивного четырехполюсника

Предположим, что на входе двухкаскадного усилителя с коэффициентами усиления каждого каскада по мощности Кn2 = Кn3 = 100 включен пассивный четырехполюсник с коэффициентом передачи по мощности Kn1 < 1(Kn1 = 0,1). Анализ выражения (5.7) показывает, что коэффициент шума, приведенный ко входу пассивного четырехполюсника, будет пропорционален коэффициенту шума второго каскада n2 и обратно пропорционален коэффициенту передачи пассивного четырехполюсника Kn1.

 

Расчет коэффициента шума устройств телекоммуникаций

Задача 1.

Для устойчивой работы приемного устройства спутникового телевидения необходимо обеспечить отношение мощности сигнала к мощности шума 13 дБ (20 раз).

Определить необходимое значение мощности принимаемого сигнала на выходе антенного устройства для схемы, изображенной на рис. 5.2.

 

 

Рис. 5.2. Схема построения приемного устройства

МШУ – малошумящий усилитель;

 

Параметры устройств:

– коэффициент усиления МШУ (малошумящего усилителя) в дБ;

– коэффициент передачи кабеля в дБ;

– коэффициент шума МШУ в дБ;

– коэффициент шума усилителя в дБ;

– полоса частот приемного тракта в Гц.

Решение.

В соответствии с выражением (5.7), коэффициент шума многокаскадного устройства равен

,

 

где – коэффициент шума МШУ в разах;

– коэффициент шума усилителя в разах;

– коэффициент усиления МШУ по мощности в разах;

– коэффициент передачи кабеля в разах.

Тогда

.

Мощность шумов, приведенная ко входу МШУ, равна

 

.

 

Необходимая мощность сигнала на выходе антенны

 

.

 

Задача 2.

Определить мощность шумов, приведенную к выходу антенного устройства при расположении МШУ в квартире и подаче сигнала антенны ко входу МШУ по кабелю. Параметры устройств те же, что в предыдущей задаче.

Решение.

.

 

Мощность шумов, приведенная к выходу антенного устройства, равна

 

.

 

Мощность сигнала на выходе антенного устройства

 

.

 

Сравнение необходимых значений для первой и второй задачи показывает, что расположение МШУ в комнате требует в раз большего значения мощности принимаемого сигнала.


МОДУЛЯТОР

Для выполнения практических занятий по данной теме студенты должны:

знать:

– принцип работы и схему модулятора (Ч1, ;

уметь:

– представить сигнал в комплексной форме;

- определить квадратурные составляющие на входе модулятора, для обеспечения заданных изменение амплитуды и фазы выходного сигнала.

Схема модулятора приведена на рисунке 1.

Рис. 6.1. Схема модулятора

Входной сигнал поступает на вход 2 первого аналогового перемножителя. На второй вход перемножителя поступает сигнал I. На выходе перемножителя формируется сигнал .

На входе 3 второго аналогового перемножителя фаза входного сигнала изменяется на 90°.

.

Тогда .

Комплексная амплитуда сигнала на выходе сумматора:

.

Фаза выходного сигнала:

.

При заданных значениях Uвых и φ значения I и Q могут быть определены так:

;

. (1)

Задача:

необходимо сформировать выходной сигнал со следующими изменениями амплитуды и фазы:

 

 

Рис. 6.2. Необходимые изменения амплитуды и фазы выходного сигнала модулятора

Определим значения I и Q на каждом интервале времени.

1) t0<t<t1

;

.

2) t1<t<t2

.

3) t2<t<t3

.

3) t3<t<t4

.

4) t>t4

.

 

 

Рис. 6.3. Изменения вектора J на входе модулятора

 

 

 

Рис. 6.4. Изменения вектора Q на входе модулятора

 

 

Задачи.

Нарисовать произвольные изменения амплитуды и фазы выходного сигнала и определить необходимые зависимости векторов J и Q для их реализации.

 

 


ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ

Для выполнения практических занятий по данной теме студенты должны:

знать:

– определение выходного каскада усилителя и его основные характеристики;

- основные режимы работы выходных каскадов, их достоинства и недостатки;

- основные схемы построения выходных каскадов.

уметь:

– рассчитать максимальные значения токов и напряжений выходного каскада;

- мощность рассеиваемую на выходных транзисторах.

Выходные каскады в режиме В

В режиме В ток при отсутствии входного усиливаемого сигнала токи выходных транзисторов равны нулю, рис. 7.1. Рассмотрим расчет выходного каскада, обеспечивающего выходную мощность PН, на сопротивлении нагрузки RН.

 

Определим амплитуду напряжения и тока на нагрузке :

 

; (7.1)

;

; (7.2)

A ;

 

Определим напряжение источника питания :

 

; (7.3)

 

где Uост=1…3 В – остаточное напряжение на полностью открытом транзисторе выходного каскада;

 

;

 

Е0 должен иметь запас 10…15%, то есть :

 

Е0≥(1,1…1,2)*Еорасч ; (7.4)

Е0≥1,1*15,3=16,83 В ;

 

E0 выбирается из стандартного ряда Е12. Следовательно напряжение отрицательного и положительного источника питания должно быть равно 18 В.

Определим максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторах выходных транзисторов :

; (7.5)

 

;

 

Определим желаемый коэффициент усиления по току h21 для выходных транзисторов :

; (7.6)

 

где Рn=10…20 мВт – выходная мощность предоконечного каскада;

 

;

 

выбираем транзисторы оконечного каскада по следующим параметрам :

 

; (7.7)

;

; (7.8)

;

; (7.7)

;

; (7.8)

;

; (7.9)

 

По вычисленным параметрам выбираем биполярный транзистор 2Т875А, параметры которого приведены в табл.7.1 :

 

Таблица 7.1 Параметры биполярного транзистора

 

I kмах А Р кмах Вт H21Э   Rг n-k   fгр МГц Iкб0 МкА Uкэмах В Uкбмах В    
1,5    

 

 

Как видно из таблицы минимальное отношение тока входного сигнала к току выходного составляет 80, т.е. меньше желаемого, поэтому оконечный каскад может быть собран на составных транзисторах по схеме Дарлингтона (транзисторы VT2, VT4), или по схеме Шокли (транзисторы VT3, VT5, рис.7.1). Одновременное использование этих схем позволяет подбирать ведомые (мощные) транзисторы VT4, VT5 одинаковой структуры, что облегчает их подбор.

Пользуясь параметрами выбранных транзисторов VT4, VT5 определим требования предъявляемые к ним.

Амплитуда тока базы ведомого БТ

; (7.10)

 

;

 

 
 


+ UИП

VT2

 

 

VT4

RБ4

 

 

R9

 

 

 

RH

R10

 

 

VT3

 

VT5

 

- UИП

 

 

Рис.7.1. Оконечный каскад на составных транзисторах

Ток базы ведомого транзистора в рабочей точке :

 

;

где I’’0к3 – ток покоя выходного транзистора режиме В;

 

I’’0к4=(0,05…0,15)Iнм;

;

;

Ведомые транзисторы непосредственно связаны с ведущими, поэтому :

;

;

 

Для уменьшения нелинейных искажений в ведущих транзисторах постоянный ток коллектора у них делают больше постоянного тока базы ведомых транзисторов, включая дополнительные резисторы Rб4, Rб5 :

 

;

;

 

Определим Rб4, Rб5 :

 

;

;

 

Определим рассеиваемую на ведущих транзисторах мощность :

 

;

;

 

Выбираем ведущие транзисторы оконечного каскада :

 

;

;

;

;

;

;

;

;

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...